Echtzeitfähige Rechnerarchitekturen (ERA)

Link to Campo:

Vorlesung

Echtzeitfähige Rechnerarchitekturen (ERA)

Dozent

• Dr.-Ing. Steffen Vaas

Modulbeschreibung

Besonders in sicherheitskritischen Systemen, wie beispielsweise in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbereich, ist ein vorhersagbares Verhalten von Prozessoren essenziell. Nur so lässt sich garantieren, dass bei einem kritischen Ereignis eine Gegenmaßnahme stets rechtzeitig ausgeführt wird. Der Entwurf von Rechnerarchitekturen ist jedoch immer eine Abwägung zwischen teilweise konträren Optimierungszielen. So sind manche Architekturen auf eine hohe Rechenleistung, andere auf einen möglichst geringen Energieverbrauch ausgelegt.

Diese Vorlesung behandelt Konzepte der Rechnerarchitektur aus der Perspektive der Vorhersagbarkeit. Mechanismen wie Caches, Pipelines und Mehrkernsysteme, die in modernen Architekturen zur Leistungssteigerung eingesetzt werden, beeinträchtigen die Vorhersagbarkeit jedoch erheblich. Daher werden in der Vorlesung etablierte RISC Architekturkonzepte hinsichtlich Vorhersagbarkeit analysiert und alternative Architekturen vorgestellt, die speziell auf deterministisches Verhalten ausgelegt sind. Ziel ist es, ein tiefgehendes Verständnis für die Herausforderungen und Lösungsansätze bei der Entwicklung von Prozessorarchitekturen mit hoher Vorhersagbarkeit zu vermitteln. Dabei werden sowohl theoretische Konzepte als auch praxisnahe Ansätze diskutiert, um ein umfassendes Bild der aktuellen Forschung und technologischen Entwicklungen in diesem Bereich zu geben.

Vorlesungsinhalte

• Ursachen für die Abweichung von Ausführungszeiten bei identischen Instruktionen
• Einfluss von Prozessorkernen, Speicherhierarchien und Bussystemen auf die Ausführungszeit
• Deterministischer Datenaustausch
• Akademische Beispiele für Echtzeitprozessoren
• Beispiele aus der Industrie (XMOS, PPC)
• Applikationsspezifische Rechnerarchitekturen
• Rechnerarchitekturen für gemischt echtzeitkritische Anwendungen